Co je Turingův stroj?
Turingův stroj je filozofický konstrukt pro fungování počítače, vynalezený v roce 1936 Alanem Turingem, slavným anglickým matematikem a logikem 20. století. Myšlenky za strojem Turing jsou základem pro všechny moderní počítačové softwarové a hardwarové systémy, které existují od roku 2011, ačkoli skutečné koncepce, které Turing vytvořil, se nikdy nepoužívaly pro stavbu skutečného zařízení v té době a byly vynalezeny dříve, než digitální počítače existovaly v jakémkoli jiném skutečná forma. Zásady, na nichž Turingův stroj funguje, zahrnují sadu ovládacích prvků pro vstupní a výstupní data, stroj pro zpracování dat v nějaké formě a sadu zavedených pravidel pro to, jak jsou tato data zpracovávána strojem.
Geniem objevu Alana Turinga bylo to, že jakákoli konzistentní skupina symbolů představujících smysluplné informace, jako jsou matematické symboly nebo písmena obsahující jazyk, by mohla být strojem zpracována strojem, pokud by jim bylo dáno správné nastavení pravidel pro jejich zpracování. To by mělo za následek vytvoření mechanických zařízení, na která by mohly být kladeny logické otázky pro složité problémy a rychle by se objevily nezaujaté odpovědi. Turingův stroj byl v tomto ohledu předchůdcem počítačového algoritmu, což je kompilovaný seznam počítačových instrukcí, na které centrální jednotky zpracování (CPU) v počítačích spoléhají, aby fungovaly od roku 2011.
Návrh Turingova stroje byl zjednodušený moderními výpočetními standardy 21. století a jeho fyzická funkce měla nepraktičnost, pokud jde o jeho provádění, ale myšlenky, na nichž byl postaven, měly pevný základ. Stroj se skládal z pásky nebo pásky s potiskem symbolů, které bylo možné číst hlavou, když se na ni páska prošla. Když byly symboly čteny, vyvolaly v stroji určité stavy, které by nasměrovaly pohyb pásky a ovlivňovaly výstupní hodnoty vytvořené strojem. Analogové k moderním počítačovým systémům v roce 2011 by bylo, že páska představuje kód nebo algoritmy počítačového softwaru, čtečka je procesor a výstupem by byly zobrazovací a přenosové systémy, jako jsou monitory, reproduktory a tiskárny, síťový provoz a další.
Myšlenky za Turingovým strojem byly považovány za základní funkci provádění jakékoli řady výpočtů a mohly být také porovnány s tím, jak funguje lidský mozek. Turing sebe a ostatní své doby věřil, že Turingův stroj lze přizpůsobit tak, aby vykonával prakticky jakýkoli typ představitelného výpočtu a působil jako univerzální stroj pro řešení všech lidských problémů. Problém, který brzy vznikl s tímto konceptem, se však nazývá Turingova tarpit a odkazuje na skutečnost, že ačkoli jakýkoli soudržný soubor symbolů může být zpracován Turingovým strojem, získání takového stroje umožňuje smysluplné odpovědi na otázky se spoléhají výhradně na stále složitější a vícevrstvé sady pravidel zpracování.
Věda o počítačích brzy narazila na problémy s tím, jak by se softwarové a hardwarové systémy založené na principech Turingova stroje mohly zabalit do nesmyslných výpočtů známých jako programové smyčky. Logická omezení vedla k úpravám principů Turingových strojů, jako jsou kvantové a pravděpodobnostní Turingovy stroje. Pravděpodobnostní Turingův stroj využívá myšlenku více pásek běžících ve stroji současně k vytváření různých výsledků paralelně, které jsou pak váženy proti sobě na základě pravděpodobnosti, jehož výsledek je s největší pravděpodobností přesný. Takové stroje by dospěly k závěrům podobným způsobem, jak fuzzy logický software funguje v pokročilých řídicích systémech od roku 2011.
Kvantový počítač založený na principu Turingova stroje by měl pásku nekonečné délky s buňkami symbolů v neustálém neurčeném stavu, dokud se nečte. To by zajistilo formu paralelního zpracování, které by bylo výrazně lepší než postupy zpracování dat používané v počítačích od roku 2011. Kvantové Turingovy stroje nabízejí možnost ukládání více hodnot v jednotlivých buňkách paměti, dokud nejsou přístupné, které standardní logické počítače nemohou dělat.